第二章單片機開發(fā)系統(tǒng)綜述課件

本章內(nèi)容單片機應用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工具KeilC51軟件的使用第2章單片機開發(fā)系統(tǒng)本章內(nèi)容第2章單片機開發(fā)系統(tǒng)

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)開發(fā)所需的基礎(chǔ)知識和技能應用系統(tǒng)設(shè)計可以分成兩類：一類用于科學計算、數(shù)據(jù)處理、企業(yè)管理、Internet網(wǎng)站建立等；另一類用于工業(yè)過程檢測控制、智能儀表儀器和自動化設(shè)備、小型電子系統(tǒng)、通信設(shè)備、家用電器等。對于前一類的應用系統(tǒng)設(shè)計，通常都是基于通用計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)開發(fā)，硬件設(shè)備也是通用的，可以從市場購買。后一類應用系統(tǒng)的設(shè)計有很大的不同。必須根據(jù)實際的需求，從系統(tǒng)硬件的構(gòu)成設(shè)計與實現(xiàn)，到相應的軟件設(shè)計與實現(xiàn)。單片機應用系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)開發(fā)所需的基礎(chǔ)知識和技能應用第二類應用系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)功能、要求、性能的多樣性和專用性。硬件電路和軟件設(shè)計的不可分割和專一性。可靠性高，抗干擾能力強。體積小、重量輕、功耗省、投資少。開發(fā)周期短，見效快。

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計第二類應用系統(tǒng)的特點：單片機應用系統(tǒng)設(shè)計單片機嵌入式應用系統(tǒng)設(shè)計屬于第二類。對于從事單片機嵌入式系統(tǒng)設(shè)計電子工程師來講：要熟悉各種電子器件和IC芯片的特性具備模擬電路、數(shù)字電路等各類硬件電路系統(tǒng)設(shè)計能力具有很強的計算機綜合應用和軟件編程能力。熟悉相關(guān)軟件(如Protel、VHDL)的使用對PC機的硬件接口（RS-232串行通信口、LPT并行打印機接口、USB接口等）也要有一定的了解設(shè)計一個大型管理控制系統(tǒng)的下位機或要與Internet中的數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)，還要具備與整個大的系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)（如數(shù)據(jù)庫、Internet協(xié)議、VB、VC等）

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計單片機嵌入式應用系統(tǒng)設(shè)計屬于第二類。單片機應用系統(tǒng)設(shè)計對一個高級電子工程師來講，他對PC的熟練掌握程度以及軟件設(shè)計和編程能力，決不亞于計算機專業(yè)的人員。要具備較高的硬件系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力和水平，需要經(jīng)過一定時間的理論與實際相結(jié)合，要親自動手去實踐。通過長期積累實踐經(jīng)驗，加上緊跟世界半導體器件的最新發(fā)展，你才能成為一名合格的電子工程師。

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計對一個高級電子工程師來講，他對PC的熟練掌握程度以及軟件設(shè)計2、單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程對于單片機嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)來講，由于涉及對象和要求的多樣性和專用性，其硬件和軟件結(jié)構(gòu)有很大差異，但系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的基本內(nèi)容和主要步驟是基本相同的。按照常規(guī)的工程設(shè)計方法,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計可以分成三個階段:分析、設(shè)計和實現(xiàn)。

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計2、單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程對于單片機嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開1.確定系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)2.系統(tǒng)方案設(shè)計3.硬件系統(tǒng)設(shè)計4.系統(tǒng)軟件設(shè)計編寫5.系統(tǒng)調(diào)試

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程1.確定系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)2.系統(tǒng)方案設(shè)計3.硬件系統(tǒng)設(shè)計4.系在學習和掌握如何應用單片機來設(shè)計和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，除了要對所使用的單片機有全面和深入的了解外，配備一套好的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)平臺也是必需的。在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)中，好的開發(fā)工具和開發(fā)平臺，往往能加速系統(tǒng)的研發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)和維修，起到事半功倍的效果。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具在學習和掌握如何應用單片機來設(shè)計和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，除了要對1、程序設(shè)計語言①機器語言；②匯編語言；③高級語言；單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具1、程序設(shè)計語言單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具1、程序設(shè)計語言在設(shè)計開發(fā)單片機嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件過程中，總是要同硬件打交道，而且關(guān)聯(lián)是比較密切的，其軟件設(shè)計有著自己獨特技巧和方法。因此，那些純軟件出身的軟件工程師，如果沒有硬件的基礎(chǔ)，沒有經(jīng)過一定的學習和實踐，可能還寫不好，甚至寫不了單片機嵌入式系統(tǒng)的軟件。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具1、程序設(shè)計語言在設(shè)計開發(fā)單片機嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件過程中，單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2、軟件開發(fā)平臺一個好的單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)軟件通常具備以下幾個重要的功能：程序編寫和運行代碼的生成。（編輯、編譯功能）軟件模擬仿真。在線仿真功能。程序下載燒入功能。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2、軟件開發(fā)平臺一個好的單片3、程序編譯軟件匯編語言、高級語言開發(fā)單片機系統(tǒng)程序，都需要一個專用的軟件平臺把源程序“翻譯”成二進制的機器指令代碼，這個“翻譯”過程對匯編語言來講稱為匯編，對高級語言來講，它包括編譯和連接兩個過程。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具

KeilC51內(nèi)建了一個仿真CPU來模擬執(zhí)行程序，該仿真CPU功能強大，可以在沒有硬件和仿真器的情況下進行程序的調(diào)試。不過，軟件模擬與真實的硬件執(zhí)行程序還是有區(qū)別的，其中最明顯的就是時序，具體表現(xiàn)在程序執(zhí)行的速度和用戶使用的計算機有關(guān)，計算機性能越好，運行速度越快。3、程序編譯軟件匯編語言、高級語言開發(fā)單片機系統(tǒng)程序，都需要KeilC51軟件的使用

KeilC51啟動窗口KeilC51軟件的使用

KeilC51啟動窗口建立工程文件KeilC51軟件的使用

建立工程文件KeilC51軟件的使用

選擇目標CPUKeilC51軟件的使用

選擇目標CPUKeilC51軟件的使用

圖2.17文本編緝窗口KeilC51軟件的使用

圖2.17文本編緝窗口KeilC51軟件的使用

增加文件到組中KeilC51軟件的使用

增加文件到組中KeilC51軟件的使用

選擇文件類型KeilC51軟件的使用

選擇文件類型KeilC51軟件的使用

目標屬性KeilC51軟件的使用

目標屬性KeilC51軟件的使用

產(chǎn)生執(zhí)行文件KeilC51軟件的使用

產(chǎn)生執(zhí)行文件KeilC51軟件的使用

選擇仿真方式KeilC51軟件的使用

選擇仿真方式KeilC51軟件的使用

調(diào)試（Debug）是系統(tǒng)開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。但是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試環(huán)境和方法同通用計算機系統(tǒng)的軟件開發(fā)有著明顯的差異。通用計算機系統(tǒng)的軟件開發(fā)基本與硬件無關(guān)，而且調(diào)試器與被調(diào)試程序常常位于同一臺計算機上（在相同的CPU上運行），而對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，由于開發(fā)主機和目標機處于不同的機器中（在不同的CPU上運行）：系統(tǒng)程序在開發(fā)主機上進行開發(fā)，編譯生成在另外機器上執(zhí)行的代碼文件，然后需要下裝到目標機后才能運行，那么對嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法和過程就比較麻煩和復雜。

目前在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中，經(jīng)常采用的調(diào)試方法有三種方式：軟件模擬仿真調(diào)試（Simulator）、實時在板仿真調(diào)試（OnBoardDebug）和實時在片仿真調(diào)試（OnChipDebug）。其中軟件模擬仿真調(diào)試技術(shù)和實時在片仿真調(diào)試技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的主要手段。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具調(diào)試（Debug）是系統(tǒng)開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。但是嵌入式軟件仿真器也稱為指令集模擬器（ISS），其原理是用軟件來模擬CPU處理器硬件的執(zhí)行過程，包括指令系統(tǒng)、中斷、定時計數(shù)器、外部接口等等。用戶開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件，就像已經(jīng)下裝到目標系統(tǒng)硬件一樣，載入到軟件模擬器中運行，這樣用戶可以方便對程序運行進行控制，對運行過程進行監(jiān)視，進而達到實現(xiàn)調(diào)試的目的。由于這種調(diào)試不是在真正的目標板系統(tǒng)上進行的，而是采用軟件模擬方式實現(xiàn)的，所以它是一種非實時性的仿真調(diào)試手段。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具軟件仿真器也稱為指令集模擬器（ISS），其原理是用軟件來模軟件仿真器的一個優(yōu)點是它可以使嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件開發(fā)并行開展。硬件設(shè)計工作完成后，不管硬件實體如何，都可以進行軟件程序的編寫和調(diào)試。應用程序在結(jié)構(gòu)上、邏輯上的錯誤能夠利用軟件仿真器很快的定位。有些與硬件相關(guān)的故障和錯誤也能在軟件仿真器中被發(fā)現(xiàn)。使用軟件仿真器不僅可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，而且非常經(jīng)濟，不需要購買昂貴的實時仿真設(shè)備。同時軟件仿真器也是學習和加深了解所使用處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的最好工具。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具軟件仿真器的一個優(yōu)點是它可以使嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件開發(fā)并行使用軟件仿真器的缺點是其模擬的運行速度比真正的硬件慢的多，一般要慢10～100倍。另外軟件仿真器只能模擬仿真軟件的正確性，仿真與時序有關(guān)，查找同硬件有關(guān)的錯誤比較困難。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具使用軟件仿真器的缺點是其模擬的運行速度比真正的硬件慢的多，一

Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真軟件。

Proteus可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計等功能。

Proteus是目前唯一能對各種處理器進行實時仿真、調(diào)試與測試的EDA工具，真正實現(xiàn)了在沒有目標原形時就可對系統(tǒng)進行調(diào)試、測試和驗證。

Proteus軟件大大提高了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)效率，降低了開發(fā)風險。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具Proteus是英國Labcenter公司開

Proteus主要由兩個設(shè)計平臺組成：

ISIS（IntelligentSchematicInputSystem）——原理圖設(shè)計與仿真平臺，它用于電路原理圖的設(shè)計以及交互式仿真。

ARES（AdvancedRoutingandEditingSoftware）——高級布線和編輯軟件平臺，它用于印制電路板的設(shè)計，并產(chǎn)生光繪輸出文件。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具Proteus主要由兩個設(shè)計平臺組成：單片機Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對微控制器連同外圍器件一起仿真。甚至可以實時采用LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。

Proteus不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。一定程度上解決了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用1.ISIS模塊應用舉例

設(shè)計基于80C51單片機的顯示計數(shù)器電路原理圖，其功能是可對按鍵BUT的按壓次數(shù)進行計數(shù)，并將結(jié)果顯示在兩位數(shù)碼顯示管上。

1.ISIS模塊應用舉例設(shè)計基于80C51單（1）啟動ISIS單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（1）啟動ISIS單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）繪制電路原理圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）繪制電路原理圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）輸入單片機匯編程序單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）輸入單片機匯編程序單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）進行源代碼調(diào)試單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）進行源代碼調(diào)試單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）仿真運行單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）仿真運行單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2.ARES模塊應用舉例

ARES的主要功能是完成PCB相關(guān)設(shè)計工作，包括網(wǎng)絡(luò)表導入、元件布局、布線、鋪銅、輸出光繪文件等。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2.ARES模塊應用舉例ARES的主要（1）啟動ARES單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（1）啟動ARES單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）元器件布局單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）元器件布局單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）元器件布線單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）元器件布線單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）覆銅單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）覆銅單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）三維效果圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）三維效果圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（6）CADCAM輸出單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（6）CADCAM輸出單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具4、硬件開發(fā)工具軟件模擬仿真是提供一個純軟件的仿真環(huán)境，在此環(huán)境的支持下，單片機的系統(tǒng)程序可以進行模擬的運行，以實現(xiàn)第一步的軟件調(diào)試和排錯功能。硬件仿真是與專用的仿真器硬件配合，提供一個在線的實時仿真調(diào)試環(huán)境。用戶將編寫好的目標系統(tǒng)運行代碼下載到仿真器中，通過開發(fā)系統(tǒng)軟件控制仿真器中程序的運行，同時觀察硬件系統(tǒng)的運行結(jié)果，分析、調(diào)試和排除系統(tǒng)中存在的問題。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具4、硬件開發(fā)工具軟件模擬仿真是提供一個純軟件的仿真環(huán)境，在此4、硬件開發(fā)工具仿真器是用于對所設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的硬軟件進行調(diào)試的工具。采用的調(diào)試方法有三種方式：軟件模擬仿真調(diào)試（Simulator）、實時在板仿真調(diào)試（OnBoardDebug）和實時在片仿真調(diào)試（OnChipDebug）。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具4、硬件開發(fā)工具仿真器是用于對所設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的硬軟件進行調(diào)實時在板仿真器通常稱為在線仿真ICE（InCircuitEmulate），是最早用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的工具。ICE是實際是一個特殊的嵌入式系統(tǒng)，一般是由專業(yè)公司研制和生產(chǎn)。內(nèi)部含有一個具有“透明性”和“可控性”的MCU，可以代替被開發(fā)系統(tǒng)（目標系統(tǒng)）中的MCU工作，用ICE的資源來仿真目標機。因此，ICE實際上是內(nèi)部電路仿真器，用于代替微處理器，并植入微處理器與總線之間的電路中，允許使用者監(jiān)視和控制微處理器所有信號的進出。因此，這種仿真方式和設(shè)備，更準確的講應該稱為實時在板仿真（OnBoardDebug）器。它是一個相對昂貴的設(shè)備單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具實時在板仿真器通常稱為在線仿真ICE（InCircuit實時在片仿真器為了解決實時仿真的困難，新型芯片集成了硬件調(diào)試接口，最常見的就是JTAG“JointTestActionGroup（聯(lián)合測試行為組織）”接口。JTAG的建議于1990年被IEEE批準為IEEE1149.1測試訪問端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)標準。JTAG主要應用于電路的邊界掃描測試和可編程芯片的在線系統(tǒng)編程。JTAG的基本原理是采用一種原應用于對集成電路芯片內(nèi)部進行檢測的“邊界掃描”技術(shù),當芯片在工作時，可以將集成電路內(nèi)部的各個部分的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)，組成一個串行的移位寄存器鏈，并通過引腳送到芯片的外部。所以通過JTAG硬件調(diào)試接口，用戶就能了解芯片在實際工作過程中，各個單元的實際情況和變化，進而實現(xiàn)跟蹤和調(diào)試。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具實時在片仿真器單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO、（TRST、GND、VCC）TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復位，輸入引腳，低電平有效。JTAG內(nèi)部有一個狀態(tài)機，稱為TAP控制器。TAP控制器的狀態(tài)機通過TCK和TMS進行狀態(tài)的改變，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的輸入。

單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO、（實現(xiàn)實時在片調(diào)試的首要條件，是芯片本身要具備硬件調(diào)試接口。還需要一個專用的實時在片仿真器（采用JTAG硬件調(diào)試口的，稱為JTAGICE），同實時再板仿真器相比價格便宜。一臺應用于AVR的JTAG仿真器JTAGICEmkII，其原裝價格僅在兩千元左右，而國內(nèi)推出的JTAGICE僅數(shù)百元。

PC上需要安裝相應的JTAG仿真器配套的專用調(diào)試系統(tǒng)軟件。在目標板上的MCU運行時，用戶可以通過PC機來讀取和跟蹤MCU的運行數(shù)據(jù)和過程，并通過仿真器控制MCU的運行，同時觀察系統(tǒng)外圍器件和設(shè)備的運行結(jié)果，分析、調(diào)試和排除系統(tǒng)中存在的問題。直接獲得的為真實的MCU數(shù)據(jù)和狀態(tài)。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具實現(xiàn)實時在片調(diào)試的首要條件，是芯片本身要具備硬件調(diào)試接口。單單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具編程器的作用是將系統(tǒng)執(zhí)行代碼寫入到目標系統(tǒng)中?，F(xiàn)在更多的開發(fā)設(shè)備是將仿真器和編程燒入器合二為一了，同時具備了兩者的功能?？梢韵螺d運行代碼到多種類型和型號的單片機中，還可以對EPROM、PAL、GAL等多種器件進行編程。使用JTAG，可以簡化仿真器（無需使用專用的仿真MCU）和編程器的結(jié)構(gòu)，甚至可以淘汰專用仿真器和編程器，而將PC直接同系統(tǒng)板連接（一般經(jīng)過簡單的隔離），利用系統(tǒng)板上的MCU直接實現(xiàn)在線的仿真調(diào)試，當系統(tǒng)使用貼片封裝或BGA封裝的小體積芯片和器件時，它的優(yōu)點尤為突出。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具編程器的作用是將系統(tǒng)執(zhí)行代碼寫入到目標系統(tǒng)中。現(xiàn)在更多的開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具5、單片機開發(fā)實驗板單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具5、單片機開發(fā)實驗板單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具開發(fā)環(huán)境的建立1.PC機一臺，運行Windows操作系統(tǒng)2.軟件開發(fā)平臺3.實驗開發(fā)板（DevelopingKit）4.其它輔助工具、設(shè)備和軟件開發(fā)環(huán)境的建立1.PC機一臺，運行Windows操作系統(tǒng)

本章內(nèi)容單片機應用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工具KeilC51軟件的使用第2章單片機開發(fā)系統(tǒng)本章內(nèi)容第2章單片機開發(fā)系統(tǒng)

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)開發(fā)所需的基礎(chǔ)知識和技能應用系統(tǒng)設(shè)計可以分成兩類：一類用于科學計算、數(shù)據(jù)處理、企業(yè)管理、Internet網(wǎng)站建立等；另一類用于工業(yè)過程檢測控制、智能儀表儀器和自動化設(shè)備、小型電子系統(tǒng)、通信設(shè)備、家用電器等。對于前一類的應用系統(tǒng)設(shè)計，通常都是基于通用計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)開發(fā)，硬件設(shè)備也是通用的，可以從市場購買。后一類應用系統(tǒng)的設(shè)計有很大的不同。必須根據(jù)實際的需求，從系統(tǒng)硬件的構(gòu)成設(shè)計與實現(xiàn)，到相應的軟件設(shè)計與實現(xiàn)。單片機應用系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)開發(fā)所需的基礎(chǔ)知識和技能應用第二類應用系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)功能、要求、性能的多樣性和專用性。硬件電路和軟件設(shè)計的不可分割和專一性?？煽啃愿撸垢蓴_能力強。體積小、重量輕、功耗省、投資少。開發(fā)周期短，見效快。

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計第二類應用系統(tǒng)的特點：單片機應用系統(tǒng)設(shè)計單片機嵌入式應用系統(tǒng)設(shè)計屬于第二類。對于從事單片機嵌入式系統(tǒng)設(shè)計電子工程師來講：要熟悉各種電子器件和IC芯片的特性具備模擬電路、數(shù)字電路等各類硬件電路系統(tǒng)設(shè)計能力具有很強的計算機綜合應用和軟件編程能力。熟悉相關(guān)軟件(如Protel、VHDL)的使用對PC機的硬件接口（RS-232串行通信口、LPT并行打印機接口、USB接口等）也要有一定的了解設(shè)計一個大型管理控制系統(tǒng)的下位機或要與Internet中的數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)，還要具備與整個大的系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)（如數(shù)據(jù)庫、Internet協(xié)議、VB、VC等）

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計單片機嵌入式應用系統(tǒng)設(shè)計屬于第二類。單片機應用系統(tǒng)設(shè)計對一個高級電子工程師來講，他對PC的熟練掌握程度以及軟件設(shè)計和編程能力，決不亞于計算機專業(yè)的人員。要具備較高的硬件系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力和水平，需要經(jīng)過一定時間的理論與實際相結(jié)合，要親自動手去實踐。通過長期積累實踐經(jīng)驗，加上緊跟世界半導體器件的最新發(fā)展，你才能成為一名合格的電子工程師。

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計對一個高級電子工程師來講，他對PC的熟練掌握程度以及軟件設(shè)計2、單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程對于單片機嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)來講，由于涉及對象和要求的多樣性和專用性，其硬件和軟件結(jié)構(gòu)有很大差異，但系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的基本內(nèi)容和主要步驟是基本相同的。按照常規(guī)的工程設(shè)計方法,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計可以分成三個階段:分析、設(shè)計和實現(xiàn)。

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計2、單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程對于單片機嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開1.確定系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)2.系統(tǒng)方案設(shè)計3.硬件系統(tǒng)設(shè)計4.系統(tǒng)軟件設(shè)計編寫5.系統(tǒng)調(diào)試

單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程1.確定系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)2.系統(tǒng)方案設(shè)計3.硬件系統(tǒng)設(shè)計4.系在學習和掌握如何應用單片機來設(shè)計和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，除了要對所使用的單片機有全面和深入的了解外，配備一套好的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)平臺也是必需的。在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)中，好的開發(fā)工具和開發(fā)平臺，往往能加速系統(tǒng)的研發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)和維修，起到事半功倍的效果。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具在學習和掌握如何應用單片機來設(shè)計和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，除了要對1、程序設(shè)計語言①機器語言；②匯編語言；③高級語言；單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具1、程序設(shè)計語言單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具1、程序設(shè)計語言在設(shè)計開發(fā)單片機嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件過程中，總是要同硬件打交道，而且關(guān)聯(lián)是比較密切的，其軟件設(shè)計有著自己獨特技巧和方法。因此，那些純軟件出身的軟件工程師，如果沒有硬件的基礎(chǔ)，沒有經(jīng)過一定的學習和實踐，可能還寫不好，甚至寫不了單片機嵌入式系統(tǒng)的軟件。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具1、程序設(shè)計語言在設(shè)計開發(fā)單片機嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件過程中，單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2、軟件開發(fā)平臺一個好的單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)軟件通常具備以下幾個重要的功能：程序編寫和運行代碼的生成。（編輯、編譯功能）軟件模擬仿真。在線仿真功能。程序下載燒入功能。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2、軟件開發(fā)平臺一個好的單片3、程序編譯軟件匯編語言、高級語言開發(fā)單片機系統(tǒng)程序，都需要一個專用的軟件平臺把源程序“翻譯”成二進制的機器指令代碼，這個“翻譯”過程對匯編語言來講稱為匯編，對高級語言來講，它包括編譯和連接兩個過程。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具

KeilC51內(nèi)建了一個仿真CPU來模擬執(zhí)行程序，該仿真CPU功能強大，可以在沒有硬件和仿真器的情況下進行程序的調(diào)試。不過，軟件模擬與真實的硬件執(zhí)行程序還是有區(qū)別的，其中最明顯的就是時序，具體表現(xiàn)在程序執(zhí)行的速度和用戶使用的計算機有關(guān)，計算機性能越好，運行速度越快。3、程序編譯軟件匯編語言、高級語言開發(fā)單片機系統(tǒng)程序，都需要KeilC51軟件的使用

KeilC51啟動窗口KeilC51軟件的使用

KeilC51啟動窗口建立工程文件KeilC51軟件的使用

建立工程文件KeilC51軟件的使用

選擇目標CPUKeilC51軟件的使用

選擇目標CPUKeilC51軟件的使用

圖2.17文本編緝窗口KeilC51軟件的使用

圖2.17文本編緝窗口KeilC51軟件的使用

增加文件到組中KeilC51軟件的使用

增加文件到組中KeilC51軟件的使用

選擇文件類型KeilC51軟件的使用

選擇文件類型KeilC51軟件的使用

目標屬性KeilC51軟件的使用

目標屬性KeilC51軟件的使用

產(chǎn)生執(zhí)行文件KeilC51軟件的使用

產(chǎn)生執(zhí)行文件KeilC51軟件的使用

選擇仿真方式KeilC51軟件的使用

選擇仿真方式KeilC51軟件的使用

調(diào)試（Debug）是系統(tǒng)開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。但是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試環(huán)境和方法同通用計算機系統(tǒng)的軟件開發(fā)有著明顯的差異。通用計算機系統(tǒng)的軟件開發(fā)基本與硬件無關(guān)，而且調(diào)試器與被調(diào)試程序常常位于同一臺計算機上（在相同的CPU上運行），而對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，由于開發(fā)主機和目標機處于不同的機器中（在不同的CPU上運行）：系統(tǒng)程序在開發(fā)主機上進行開發(fā)，編譯生成在另外機器上執(zhí)行的代碼文件，然后需要下裝到目標機后才能運行，那么對嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法和過程就比較麻煩和復雜。

目前在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中，經(jīng)常采用的調(diào)試方法有三種方式：軟件模擬仿真調(diào)試（Simulator）、實時在板仿真調(diào)試（OnBoardDebug）和實時在片仿真調(diào)試（OnChipDebug）。其中軟件模擬仿真調(diào)試技術(shù)和實時在片仿真調(diào)試技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的主要手段。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具調(diào)試（Debug）是系統(tǒng)開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。但是嵌入式軟件仿真器也稱為指令集模擬器（ISS），其原理是用軟件來模擬CPU處理器硬件的執(zhí)行過程，包括指令系統(tǒng)、中斷、定時計數(shù)器、外部接口等等。用戶開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件，就像已經(jīng)下裝到目標系統(tǒng)硬件一樣，載入到軟件模擬器中運行，這樣用戶可以方便對程序運行進行控制，對運行過程進行監(jiān)視，進而達到實現(xiàn)調(diào)試的目的。由于這種調(diào)試不是在真正的目標板系統(tǒng)上進行的，而是采用軟件模擬方式實現(xiàn)的，所以它是一種非實時性的仿真調(diào)試手段。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具軟件仿真器也稱為指令集模擬器（ISS），其原理是用軟件來模軟件仿真器的一個優(yōu)點是它可以使嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件開發(fā)并行開展。硬件設(shè)計工作完成后，不管硬件實體如何，都可以進行軟件程序的編寫和調(diào)試。應用程序在結(jié)構(gòu)上、邏輯上的錯誤能夠利用軟件仿真器很快的定位。有些與硬件相關(guān)的故障和錯誤也能在軟件仿真器中被發(fā)現(xiàn)。使用軟件仿真器不僅可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，而且非常經(jīng)濟，不需要購買昂貴的實時仿真設(shè)備。同時軟件仿真器也是學習和加深了解所使用處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的最好工具。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具軟件仿真器的一個優(yōu)點是它可以使嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件開發(fā)并行使用軟件仿真器的缺點是其模擬的運行速度比真正的硬件慢的多，一般要慢10～100倍。另外軟件仿真器只能模擬仿真軟件的正確性，仿真與時序有關(guān)，查找同硬件有關(guān)的錯誤比較困難。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具使用軟件仿真器的缺點是其模擬的運行速度比真正的硬件慢的多，一

Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真軟件。

Proteus可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計等功能。

Proteus是目前唯一能對各種處理器進行實時仿真、調(diào)試與測試的EDA工具，真正實現(xiàn)了在沒有目標原形時就可對系統(tǒng)進行調(diào)試、測試和驗證。

Proteus軟件大大提高了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)效率，降低了開發(fā)風險。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具Proteus是英國Labcenter公司開

Proteus主要由兩個設(shè)計平臺組成：

ISIS（IntelligentSchematicInputSystem）——原理圖設(shè)計與仿真平臺，它用于電路原理圖的設(shè)計以及交互式仿真。

ARES（AdvancedRoutingandEditingSoftware）——高級布線和編輯軟件平臺，它用于印制電路板的設(shè)計，并產(chǎn)生光繪輸出文件。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具Proteus主要由兩個設(shè)計平臺組成：單片機Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對微控制器連同外圍器件一起仿真。甚至可以實時采用LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。

Proteus不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。一定程度上解決了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用1.ISIS模塊應用舉例

設(shè)計基于80C51單片機的顯示計數(shù)器電路原理圖，其功能是可對按鍵BUT的按壓次數(shù)進行計數(shù)，并將結(jié)果顯示在兩位數(shù)碼顯示管上。

1.ISIS模塊應用舉例設(shè)計基于80C51單（1）啟動ISIS單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（1）啟動ISIS單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）繪制電路原理圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）繪制電路原理圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）輸入單片機匯編程序單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）輸入單片機匯編程序單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）進行源代碼調(diào)試單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）進行源代碼調(diào)試單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）仿真運行單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）仿真運行單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2.ARES模塊應用舉例

ARES的主要功能是完成PCB相關(guān)設(shè)計工作，包括網(wǎng)絡(luò)表導入、元件布局、布線、鋪銅、輸出光繪文件等。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具2.ARES模塊應用舉例ARES的主要（1）啟動ARES單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（1）啟動ARES單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）元器件布局單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（2）元器件布局單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）元器件布線單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（3）元器件布線單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）覆銅單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（4）覆銅單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）三維效果圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（5）三維效果圖單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（6）CADCAM輸出單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具（6）CADCAM輸出單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具4、硬件開發(fā)工具軟件模擬仿真是提供一個純軟件的仿真環(huán)境，在此環(huán)境的支持下，單片機的系統(tǒng)程序可以進行模擬的運行，以實現(xiàn)第一步的軟件調(diào)試和排錯功能。硬件仿真是與專用的仿真器硬件配合，提供一個在線的實時仿真調(diào)試環(huán)境。用戶將編寫好的目標系統(tǒng)運行代碼下載到仿真器中，通過開發(fā)系統(tǒng)軟件控制仿真器中程序的運行，同時觀察硬件系統(tǒng)的運行結(jié)果，分析、調(diào)試和排除系統(tǒng)中存在的問題。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具4、硬件開發(fā)工具軟件模擬仿真是提供一個純軟件的仿真環(huán)境，在此4、硬件開發(fā)工具仿真器是用于對所設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的硬軟件進行調(diào)試的工具。采用的調(diào)試方法有三種方式：軟件模擬仿真調(diào)試（Simulator）、實時在板仿真調(diào)試（OnBoardDebug）和實時在片仿真調(diào)試（OnChipDebug）。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具4、硬件開發(fā)工具仿真器是用于對所設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的硬軟件進行調(diào)實時在板仿真器通常稱為在線仿真ICE（InCircuitEmulate），是最早用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的工具。ICE是實際是一個特殊的嵌入式系統(tǒng)，一般是由專業(yè)公司研制和生產(chǎn)。內(nèi)部含有一個具有“透明性”和“可控性”的MCU，可以代替被開發(fā)系統(tǒng)（目標系統(tǒng)）中的MCU工作，用ICE的資源來仿真目標機。因此，ICE實際上是內(nèi)部電路仿真器，用于代替微處理器，并植入微處理器與總線之間的電路中，允許使用者監(jiān)視和控制微處理器所有信號的進出。因此，這種仿真方式和設(shè)備，更準確的講應該稱為實時在板仿真（OnBoardDebug）器。它是一個相對昂貴的設(shè)備單片機應用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工具實時在板仿真器通常稱為在線仿真ICE（InCircuit實時在片仿真器為了解決實時仿真的困難，新型芯片集成了硬件調(diào)試接口，最常見的就是JTAG“JointTestActionGroup（聯(lián)合測試行為組織）”接口。JTAG的建議于1990年被IEEE批準為IEEE1149.1測試訪問端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)標準。JTAG主要應用于電路的邊界掃描測試和可編程芯片的在線系統(tǒng)編程。JTAG的基本原理是采用一種原應用于對集成電路芯片內(nèi)部進行檢測的“邊界掃描”技術(shù),當芯片在工作時，可以將集成電路內(nèi)部的各個部分的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)，組成一個串行的移位寄存器鏈，并通過引腳送到芯片的外部。所以通過JTAG硬件調(diào)試接口，用戶就能了解芯片在實際